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1、- 19 -第 19 页 共 19页热轧轧机铸造工作辊故障手册（欧洲铸造协会轧辊专业刊物，2002年第1版）欧洲铸造协会会刊协办单位(奥克斯及谢菲尔德等12家欧洲主要铸造公司)目 录前 言第一章 剥 落 1.1 鞍状剥落1.2 滑移裂纹及带状疲劳剥落（猫舌状剥落）1.3 壳层/芯层交界面-与熔合相关的剥落1.4 壳层/芯层交界面-壳层深度不够1.5 辊身边缘剥落第二章 退火裂纹2.1 带状退火裂纹2.2 梯状退火裂纹2.3 局部退火裂纹第三章 机械损伤3.1 冲击过载所致辊颈故障3.2 弯曲断面所致辊颈故障3.3 驱动端扭矩所致辊颈故障3.4 磨损轴承所致辊颈故障3.5 热断裂第四章 表面缺陷
2、和近表面缺陷4.1 针孔和缩松4.2 夹杂4.3 硬斑和软斑第五章 轧制时的表面条件5.1 剥落5.2 带状物5.3 带材粘结5.4 带材边缘磨损5.5 擦伤、碰伤/机械痕迹前 言当前，市场上已经有了能够提供良好性能、直到达到报废尺寸仍无异常库存损失的轧辊材质，这些材质能应用于所有已经建立的轧制操作，只要有标准的轧制条件。当然，对轧辊的正确处理也十分重要，包括炉期和利用恰当的无损探伤方式进行充分的修整。另外，对包括象磨损剖面及加工硬化这样的附属特性进行测量检测，也大有裨益。在为宽带材轧机选配工作辊时，轧辊制造商需要知道其轧制条件、尤其是将要应用该辊的精轧轧机架次，需要知道每单位带材宽所要求的轧
3、制载荷，以及应用于整个辊颈的最大预弯值。这些因素将决定复合轧辊的芯层材质及其辊身表面上的工作层材质的选用。尽管轧辊供应商及使用方如此重视和慎重，轧辊在使用中仍会出现故障，从而导致轧辊部分或全部损失，甚至对轧制设备造成损坏。这些破坏性故障的发生，会有不同原因，这些原因或与轧辊制造有关，或与特定的轧制条件有关。断面的形貌显示出其之所以断是属于载荷过大还是属于疲劳断裂。疲劳断裂发端于微细裂纹，逐步发展，最终产生疲劳断裂表面，这类断面较为光滑，并且显示出中断性的线条。一旦该疲劳断面达到一个临界尺寸，剩余的部分将出现断裂。疲劳断裂的典型例子包括支承辊的剥落、支承辊辊颈的断裂以及2辊工作辊辊颈断裂（从圆角
4、区开始）。可能与应力侵蚀相关。因弯曲或扭矩而直接导致的工作辊辊颈的断裂，主要属于自然断裂，系过高峰值载荷所致。对于工作辊、尤其是4-辊工作辊所出现的辊身断裂，同样属于该情形。在轧辊间隙设定错误、加上外界物进入轧辊间隙而导致机械性过载的情形下，工作辊的驱动端因扭矩过高而导致的辊颈破裂必须视为预先确定的断裂点。若没有保护设备防止扭力过载、或者保护设备不能正常恰当地运行时，该原则同样适用。辊颈故障能避免齿轮箱、驱动电机及主轴等轧机设备发生灾难性的损坏。扭力过载而产生的事故显示出断裂平面与轴互成45度角。为了将轧机设备的损坏限定到最小，特建议，对于与辊颈材质相关的、工作辊驱动端的最薄弱的部分，应进行正
5、确设计，而且应采用最大的设计扭矩。并不是所有的轧制事故 （例如粘结印痕或停车以及轧辊间隙的错误设定）都必然导致严重损坏。事故发生后对轧辊的正确处置具有重要作用。最安全的途径是进行换辊，同时进行合适的修磨以消除所遭受的损坏。对于事故发生之后应该怎样处理，早有许多可行的建议和提示；遗憾的是，也有很多迹象表明，轧机操作人员对事故之后应采取的防范措施并不重视。应当一直认为轧辊总成本（包括采购价格和修磨成本）与轧钢厂的运行总成本相关。一支新的工作辊价值通常比热轧轧机一小时的运行成本低。综合性的、重大的轧辊故障可能导致轧机停机长达15小时甚至更久。另外，支承辊和轧制设备也经常发生其他相关损坏。其他的损坏，
6、有可能需要经过很长一段时间才逐渐变得明显起来。本套关于轧辊故障的小册子，对于描述故障损害以及防止今后出现类似损坏，当会有所帮助。除了本套小册子所描述的轧辊损坏的各种形式，还可能观察到其他形式。我们不期望这套小册子能够如何详尽完全，但是，我们的初衷是，册子里的故障能占到工作辊事故的90%，并且有助于轧机操作人员的日常工作。欢迎各位读者提出补充意见和修正意见及建议，以减少本册子之失误，使其成为具有长久活力的工具书，为轧辊制造商和轧辊使用方共同创造利益。第一章：剥 落1.1 鞍状剥落1.1.1 故障描述这些是典型的鞍状疲劳剥落，产生于位于壳层和芯层交界面的芯层材质，并且扩展到辊身表面。 在剥落的深层
7、区域，可以看到疲劳线的不同密度，这显示了该缺陷自芯层而向辊身表面突进的扩展方向。这些剥落，出现在具有片状石墨铸铁芯部的工作辊上（这些工作辊，用于强载荷的4辊热轧轧机机架），而且，这些剥落都位于辊身的中心部位，并且十分突出。1.1.2 故障原因在轧制薄板（小于1.2mm）和硬质材质时，产生大量的缩减，引起高强度的循环载荷，从而导致剥落。这些载荷包括在芯层材质上的以及在疲劳极限之外的强大交变应力。而且，许多微细裂纹开始形成，导致芯层材质进一步减弱。在第二阶段，这些微细裂纹组合连接到一起，向壳层扩展并且穿过壳层而达到辊身表面，产生大块而典型的鞍状剥落。制造过程中在芯层过热而诱发出的较高残余拉伸应力更
8、促使了该轧辊问题的发生。远在该类灾难性的剥落出现之前，实际上可以通过超声波探伤轻易地探测到第一阶段出现的芯层材质的减弱。因为底波的衰减即预示着芯层材质的减弱。芯层材质不具有足够的疲劳强度，不能够承受所要求的轧制载荷。这通常属于轧辊问题。1.1.3 补救措施关于轧制载荷（带宽之t/m）的正确信息以及以前曾遭遇的此类轧辊问题的相关经验教训，都应告诉轧辊供应商，从而使其能够为这类工作辊设定一种更好的芯层材质，使之具有更高的强度性能，能适合于强力载荷的轧机，即SG/球墨铸铁，而不是片状/层状石墨铸铁。1.2 滑移裂纹及带状疲劳剥落（猫舌状剥落）1.2.1 故障描述在第一阶段，辊身表面上或接近辊身表面的
9、一个局部过载区域内将形成一条或多条滑移裂纹。这类裂纹通常与辊轴平行，但是会在非径向的方向上扩展。在下一阶段，一个疲劳断面带（猫舌状断面带）便在圆周上进一步扩展，其扩展轨迹基本上与辊身表面平行。疲劳断面带扩展的方向与轧辊旋转的方向相反。该断面带在轧辊工作表面内扩展，并且逐步增宽加深，从而导致辊身表面出现大块的表面剥落。 初始微细裂纹 在硬化区扩展 圆周疲劳路径1.2.2 故障原因前缘处、弯斜处或带材末端（尾部折皱）倍加处较高的局部载荷，超过了壳层材质的剪切强度，并激发裂纹。后续的轧制使材质疲劳，并使裂纹继续扩展直到出现大片剥落。因较长轧制周期而导致的工作辊及支承辊上的磨损剖面将产生局部过载，而不
10、恰当的CVC剖面也会如此。对轧辊弯曲的持续使用、轧制事故、还有轧制外来物等等，都是形成初始裂纹的因素。该问题，属于轧制问题。1.2.3 补救措施每次换辊之后均定期进行裂纹探伤（超声波、涡流、着色渗染），可以检测出具有危险后果的裂纹，而且如果在下一轧制周期之前彻底消除了这些裂纹，则能避免出现大的故障。郑重建议，一旦发生严重的轧制事故，必须立即换辊，并且应在下一轧制周期开始之前进行后续性的100%裂纹探伤，同时进行恰当的轧辊修磨。其他措施，例如控制轧制周期、恰当的辊型、弯斜的防止等，对于尽可能地防止局部过载的诱发因素都是必要的。轧辊使用方，通过对轧辊进行正确的检验和正确的轧制操作，便能够防止该类重
11、大轧辊损事故的发生。1.3 壳层/芯层交界面-与熔合相关的剥落1.3.1 故障描述一大片壳层材质区域与芯层隔离，该芯层紧跟微弱熔合的交界面且一直到达到一片完全冶金熔合的区域。在该点，断面朝着辊身表面迅速扩展蔓延，从而导致大块剥落。1.3.2 故障原因轧辊铸造过程，目的在于在壳层与芯层金属之间获得完全的冶金熔合。在铸造过程中，任何一个可以削弱熔合强度的因素、都将进一步加剧壳层与芯层之间之不能熔合。这些因素包括：l 存在于壳层与芯层之间的氧化层残余物l 在交界面上存在熔渣或熔剂l 存在过多的碳化物、缩松、片状石墨或非金属夹杂例如硫化物。造成壳层与芯层隔离的其他可能因素还有：l 轧制事故中局部载荷过
12、大，产生局部之不熔合。疲劳裂缝紧跟壳层/芯层交界面不断扩展，使得此类不熔合持续增长，直到达到一个临界尺寸，而该临界尺寸则进一步导致出现自然的继发性大剥落。需注意的是，熔合区即使没有冶金缺陷，此类问题仍有可能发生。l 异常加热条件（轧辊冷却系统故障、粘结印痕等）导致熔合区径向拉伸应力过大。如果熔合区存在缺陷，那么以上所述问题通常属于轧辊问题。1.3.3 补救措施超声波探伤可以分辨并量化粘结程度，并可以对轧辊寿命期内熔合区缺陷可能出现的扩展进行显示。只要在轧辊寿命期内进行超声波探伤，并且在非熔合的任何危险阶段到来之前就将使用中的轧辊撤出，通常便能防止此类问题产生灾难性故障。1.4 壳层/芯层交界面
13、-壳层深度不够1.4.1 故障描述壳层金属与芯层之间的交界面，系完全熔合而成，但是壳层深度不足以达到报废直径。芯层材质，因其含有更多石墨及更少合金，因而比壳层材质更柔软，并且在颜色上表现为灰色。当交界面紧跟壳层金属的凝固前缘时，显示在辊身表面上的软芯层金属区域将表现为不规则，而且不连续。1.4.2 故障原因壳层的深度取决于控制着离心浇注工艺的多方面因素，例如钢水重量、浇注温度及时间。壳层深度不够，是在没有满足以上某一个关键因素时造成的。该情形属于轧辊缺陷。1.4.3补救措施：采用正确的浇注参数，以满足壳层深度要求。1.5 辊身边缘剥落1.5.1 说明 在工作辊辊身离辊身端大约100-300毫米
14、圆周方向上形成表层/或近表层裂纹，因此而伴生的剥落。这些裂纹向轧辊表面延伸，在极端的情况下甚至能够进入辊颈半径。生产了裂纹的边缘可以附着在辊身上或变成大的碎片剥落。1.5.2 形成的原因在工作辊辊身端部的过大压力,加上工作辊的弯曲,支承辊辊身端部没有应力释放,带材的形状不好,厚边缘或制定的错误工艺导致超过工作辊材料抗切强度的局部过载。由于长期的使用而产生的过度磨损断面导致在辊身端的局部负载，形成了最初的裂纹。连续的轧制扩散了裂纹，然后发生剥落。 这是轧机故障。1.5.3 解决方法确保支承辊有正确的辊身和应力释放。避免在工作辊辊身的端部的高应力集中。确保轧辊弯曲的正确控制。注意工作辊和支承辊正确的调直和正确的断面。这是轧机导致的缺陷。2 节 - 退火裂纹2.1 带状退火裂纹2.1.1 说 明带状退火裂纹与带材宽度相对应并与工作辊和带材之间的接触弧相对应。这些裂纹的形状是通常的镶嵌式，但与通常的表面烧裂相比尺寸较大。2.1.2 形成原因在轧机停车的情况下,带材仍然能够与工作辊相接触相当长的时间。在接触区轧辊表面温度很快地上升，并且热量渗透入辊身内部。导致的热应力超过轧辊材料的热屈服强度。当卸下带材把轧辊
